Jak działa prostownik?

Możesz się zastanawiać, w jaki sposób linie energetyczne przesyłają prądy elektryczne na duże odległości w różnych celach. I są różne „rodzaje” elektryczności. Energia elektryczna zasilająca elektryczne systemy kolejowe może nie być odpowiednia dla urządzeń gospodarstwa domowego, takich jak telefony i telewizory. Prostowniki pomagają poprzez konwersję między tymi różnymi rodzajami energii elektrycznej.

Prostowniki umożliwiają konwersję z prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC). AC to prąd, który przełącza się między przepływem wstecz i do przodu w regularnych odstępach czasu, podczas gdy prąd stały płynie w jednym kierunku. Zwykle opierają się na prostowniku mostkowym lub diodzie prostowniczej.

Wszystkie prostowniki używająPołączenia P-N, urządzenia półprzewodnikowe, które umożliwiają przepływ prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku z formowania półprzewodników typu p z półprzewodnikami typu n. Strona „p” ma nadmiar dziur (miejsc, w których nie ma elektronów), więc jest naładowana dodatnio. Strona „n” jest naładowana ujemnie przez elektrony w ich zewnętrznych powłokach.

Wiele obwodów z tą technologią jest zbudowanych zprostownik mostkowy. Prostowniki mostkowe przetwarzają prąd przemienny na prąd stały za pomocą systemu diod wykonanych z materiału półprzewodnikowego w postaci półfalowej metoda prostownicza w jednym kierunku sygnału AC lub metoda pełnookresowa, która prostuje oba kierunki sygnału wejściowego Klimatyzacja.

Półprzewodniki to materiały, które przepuszczają prąd, ponieważ są wykonane z metali takich jak gal lub metaloidy, takie jak krzem, które są zanieczyszczone materiałami takimi jak fosfor jako środek kontroli obecny. Możesz użyć prostownika mostkowego do różnych zastosowań dla szerokiego zakresu prądów.

Prostowniki mostkowe mają również tę zaletę, że generują więcej napięcia i mocy niż inne prostowniki. Pomimo tych korzyści, prostowniki mostkowe cierpią z powodu konieczności używania czterech diod z dodatkowymi diodami w porównaniu z innymi prostownikami, co powoduje spadek napięcia, który zmniejsza napięcie wyjściowe.

Do tworzenia diod naukowcy i inżynierowie na ogół częściej używają krzemu niż germanu. Złącza krzemowe p-n działają skuteczniej w wyższych temperaturach niż złącza germanowe. Półprzewodniki krzemowe umożliwiają łatwiejszy przepływ prądu elektrycznego i można je wytwarzać przy niższych kosztach.

Diody te wykorzystują złącze p-n do konwersji AC na DC jako rodzaj elektrycznego „przełącznika” który umożliwia przepływ prądu w kierunku do przodu lub do tyłu w oparciu o złącze p-n kierunek. Diody spolaryzowane do przodu umożliwiają dalszy przepływ prądu, podczas gdy diody spolaryzowane w kierunku odwrotnym go blokują. To powoduje, że diody krzemowe mają napięcie przewodzenia około 0,7 wolta, dzięki czemu przepuszczają prąd tylko wtedy, gdy jest on większy niż wolty. W przypadku diod germanowych napięcie przewodzenia wynosi 0,3 wolta.

Zacisk anodowy baterii, elektrody lub innego źródła napięcia, w którym w obwodzie występuje utlenianie, dostarcza otwory do katody diody tworząc złącze p-n. Natomiast katoda źródła napięcia, w którym następuje redukcja, dostarcza elektrony, które są wysyłane do anody diody.

Możesz uczyć się jakprostowniki półfalowesą połączone w obwody, aby zrozumieć, jak działają. Prostowniki półfalowe przełączają się między polaryzacją do przodu a polaryzacją do tyłu w oparciu o dodatnią lub ujemną połowę cyklu wejściowego fali AC. Wysyła ten sygnał do rezystora obciążenia tak, że prąd przepływający przez rezystor jest proporcjonalny do napięcia. Dzieje się tak dzięki prawu Ohma, które reprezentuje napięcieVjako iloczyn prądujai opórRw

Możesz zmierzyć napięcie na rezystorze obciążenia jako napięcie zasilaniaV_s, który jest równy wyjściowemu napięciu DCV_{na zewnątrz}. Rezystancja związana z tym napięciem zależy również od diody samego obwodu. Następnie obwód prostownika przełącza się na polaryzację zaporową, w której przyjmuje ujemną połowę cyklu wejściowego sygnału AC. W takim przypadku przez diodę lub obwód nie płynie prąd, a napięcie wyjściowe spada do 0. Prąd wyjściowy jest zatem jednokierunkowy.

•••Syed Hussain Ather

Natomiast prostowniki pełnookresowe wykorzystują cały cykl (z dodatnimi i ujemnymi półokresami) wejściowego sygnału AC. Cztery diody w obwodzie prostownika pełnookresowego są rozmieszczone w taki sposób, że gdy sygnał wejściowy AC jest dodatni, prąd przepływa przez diodę zre₁do rezystancji obciążenia i z powrotem do źródła prądu przemiennego przezre₂. Gdy sygnał AC jest ujemny, prąd przyjmuje currentre₃-Załaduj-re₄zamiast tego ścieżka. Rezystancja obciążenia również wyprowadza napięcie prądu stałego z prostownika pełnookresowego.

Średnia wartość napięcia prostownika pełnookresowego jest dwa razy większa niż prostownika półokresowego, apierwiastek średniego kwadratu napięcia, metoda pomiaru napięcia przemiennego prostownika pełnookresowego jest √2 razy większa niż prostownika półokresowego.

Większość urządzeń elektronicznych w twoim gospodarstwie domowym korzysta z prądu przemiennego, ale niektóre urządzenia, takie jak laptopy, konwertują ten prąd na prąd stały przed jego użyciem. Większość laptopów korzysta z zasilacza impulsowego (SMPS), który zapewnia większe napięcie wyjściowe prądu stałego w zależności od rozmiaru, kosztu i wagi adaptera.

Zasilacze impulsowe pracują z wykorzystaniem prostownika, oscylatora i filtra, które sterują modulacją szerokości impulsu (metoda redukcji mocy sygnału elektrycznego), napięciem i prądem. Oscylator jest źródłem sygnału AC, z którego można określić amplitudę prądu i kierunek jego przepływu. Zasilacz sieciowy laptopa używa go następnie do podłączenia do źródła zasilania prądem przemiennym i przekształca wysokie napięcie prądu przemiennego na niskie napięcie prądu stałego, które może wykorzystać do zasilania podczas ładowania.

Niektóre układy prostownikowe wykorzystują również obwód wygładzający lub kondensator, który pozwala im na wyprowadzanie stałego napięcia, zamiast zmieniającego się w czasie. Kondensator elektrolityczny kondensatorów wygładzających może osiągnąć pojemności od 10 do tysięcy mikrofaradów (µF). Dla większego napięcia wejściowego potrzebna jest większa pojemność.

Inne prostowniki wykorzystują transformatory, które zmieniają napięcie za pomocą czterowarstwowych półprzewodników znanych jakotyrystoryobok diod. ZAprostownik sterowany krzemem, inna nazwa tyrystora, wykorzystuje katodę i anodę oddzielone bramką i jej czterema warstwami, aby utworzyć dwa złącza p-n ułożone jeden na drugim.

Rodzaje systemów prostownikowych różnią się w zależności od zastosowań, w których trzeba zmieniać napięcie lub prąd. Oprócz omówionych już zastosowań prostowniki znajdują zastosowanie w sprzęcie lutowniczym, spawaniu elektrycznym, sygnałach radiowych AM, generatorach impulsów, powielaczach napięcia i obwodach zasilania.

Lutownice, które służą do łączenia części obwodów elektrycznych, wykorzystują prostowniki półfalowe dla jednego kierunku wejścia prądu przemiennego. Techniki spawania elektrycznego, które wykorzystują obwody prostownika mostkowego, są idealnymi kandydatami do zapewnienia stałego, spolaryzowanego napięcia DC.

Radio AM, które moduluje amplitudę, może używać prostowników półfalowych do wykrywania zmian w wejściowym sygnale elektrycznym. Obwody generujące impulsy, które generują prostokątne impulsy dla obwodów cyfrowych, wykorzystują prostowniki półfalowe do zmiany sygnału wejściowego.

Prostowniki w obwodach zasilających przetwarzają prąd przemienny na prąd stały z różnych zasilaczy. Jest to przydatne, ponieważ prąd stały jest zazwyczaj przesyłany na duże odległości, zanim zostanie przekonwertowany na prąd przemienny do użytku domowego i urządzeń elektronicznych. Technologie te doskonale wykorzystują prostownik mostkowy, który radzi sobie ze zmianą napięcia.